게시판 > 질답게시판 > AIR COMPRESSOR에 대해서

스테파노 Stefano

10-01-08 12:44

(1) 마지막 질문에 대한 답을 먼저 드립니다. (상세한 내용은 이미 전에 설명했던 게시판에서 찾아보세요.)
상대습도(Relative Humidity)는 포화습도(Saturated Humidity)에 대한 상대값을 %로 나타내고 "%RH"와 같이 나타냅니다. 포화습도는 공기중에 수증기가 포화되어 있을 때의 습도를 나타내는데, 공기중의 수증기 분압이 공기온도와 같은 온도의 물의 증기압과 같을 때의 습도를 말합니다. 포화습도를 초과하는 물은 물방울로 형성되어 비가 됩니다. 그러므로 상대습도를 언급하려면 반드시 "공기의 온도"를 알아야 실제 공기중에 들어있는 수분의 양을 알 수 있습니다.

상대습도, %RH = (수증기 함량/포화 공기 중 수증기 함량) * 100%.........(1)

공기의 (절대)습도를 나타내는 방법은 주로 건조공기당 수증기의 양으로 표시합니다.
절대습도, kg-Water/kg-Dry Air = 수증기 질량/건조공기 질량....................(2)

(2) 첫 질문의 답:
Air Compressor 나 Dryer에서의 설계기준 온도와 습도는 전천후 시에도 압축공기, 건조공기를 공급할 수 있도록 하기 위해 합리적인 값을 기준으로 합니다.

공기의 온도가 55도나 되는데 상대습도가 100%RH나 된다면 공기중에 수증기 함량이 아주 많습니다. 더운 열대지방에서 비가내릴때나 해당되는 조건이지요. Air Compressor가 어디에 설치되는 지역의 연간 최고 온도에서의 최대 습도를 적용하면 될 것이나, 이 최고값도 50년 혹은 100년만에 한번 있을까 말까 하는 값으로 적용한다고 하면 Client는 그만큼 더많는 투자비를 들여서 용량이 큰 Compressor를 설치해야 할 부담이 있습니다. 100년만에 최고로 덥고 습한 날이 나타난다면... 공장의 부하를 줄이거나 공장을 정지하면 될 일이지 이를 대비해 용량큰 압축기를 설치해야 할 이유는 거의 없을 것입니다.

따라서 대체로 10년정도의 기간 중 최고온도, 최고습도를 고려하여 약간의 여유를 갖도록 설계기준을 정합니다.
설계기준서 내용 중 Site Data 항목에 지역의 기상데이터를 포함하는데 실제로 4계절이 있고 비나 눈이 올때도 있으므로 공정장치에 따라 적용하는 공기의 온도와 습도를 구체적으로 명시하는 것이 일반적 관례입니다. 공기압축기, 건조기, 냉각탑, 보온장치, 냉난방 등에서는 공기중의 수분함량에 따라 용량이 크게 달라지기 때문입니다.

**엔지니어링의 기본철학은 "합리적" 투자에 바탕을 두고 있지 Client에게 "과다"투자를 하도록 하거나 (계약금액내에서)Contractor에게 "바가지"를 씌우는 것에 있지 않습니다.**

Client가 제공한 설계기준서에 100%RH를 적용하라고 했다면 그때의 공기의 온도를 명시해 달라고 하세요.

(3) 두번째 질문의 답:
Air Compressor나 건조기 에 적용하는 상대습도를 100%RH로 해달라고 하는 것은 하계절 최고 습도를 고려해 달라는 의미이며 이 때의 공기의 온도는 55℃가 아니고 우리나라라면 아마 28~38도 범위의 어느 온도일 때의 습도 100%RH를 의미할 것입니다. 다시 확인해 보도록 하세요.

같은 절대습도라고 해도 온도가 올라가면 상대습도는 낮아집니다. 예를 들어,

55도에서 100%RH일 때의 습도, kg-Water/kg-Dry Air = (55도의 수증기 증기압)/(대기압-55도의 수증기증기압)*(18.02/28.8) = (118 mmHg)/(760mmHg-118 mmHg)*(18.02kg-H2O/28.8kg-Dry Air) = 0.115 kg-Water/kg-Dry Air......(3)

55℃에서 15%RH일 때의 습도 = 0.115 kg-Water/kg-Dry Air * (0.15) = 0.0173 kg-Water/kg-Dry Air
55℃에서 15%RH일 때의 공기중 수증기 분압 = 118 mmHg * (0.15) = 17.7 mm Hg

이는 대기온도 20.5℃에서 수증기 증기압에 해당하는 압력입니다. (1)에서 설명한 바와 같이 이는 20.5℃에서 물의 증기압과 같은 수증기 분압이 존재한다면 대기온도 20.5℃에서 100%RH의 상대습도가 되지요.

정리하면..
55℃에서 15%RH일 때의 습도 = 20.5℃에서 100%RH 일때의 습도 = 0.0173 kg-Water/kg-Dry Air

상대습도, %RH =  (수증기 함량/포화 공기 중 수증기 함량) * 100%.........(1)

공기의 (절대)습도를 나타내는 방법은 주로 건조공기당 수증기의 양으로 표시합니다.
절대습도, kg-Water/kg-Dry Air = 수증기 질량/건조공기 질량....................(2)

(2) 첫 질문의 답:
Air Compressor 나 Dryer에서의 설계기준 온도와 습도는 전천후 시에도 압축공기, 건조공기를 공급할 수 있도록 하기 위해 합리적인 값을 기준으로 합니다.

공기의 온도가 55도나 되는데 상대습도가 100%RH나 된다면 공기중에 수증기 함량이 아주 많습니다.   더운 열대지방에서 비가내릴때나 해당되는 조건이지요.   Air Compressor가 어디에 설치되는 지역의 연간 최고 온도에서의 최대 습도를 적용하면 될 것이나,  이 최고값도 50년 혹은 100년만에 한번 있을까 말까 하는 값으로 적용한다고 하면  Client는 그만큼 더많는 투자비를 들여서 용량이 큰 Compressor를 설치해야 할 부담이 있습니다.   100년만에 최고로 덥고 습한 날이 나타난다면... 공장의 부하를 줄이거나 공장을 정지하면 될 일이지 이를 대비해 용량큰 압축기를 설치해야 할 이유는 거의 없을 것입니다.

따라서 대체로 10년정도의 기간 중 최고온도, 최고습도를 고려하여 약간의 여유를 갖도록 설계기준을 정합니다. 
설계기준서 내용 중 Site Data 항목에 지역의 기상데이터를 포함하는데 실제로 4계절이 있고 비나 눈이 올때도 있으므로 공정장치에 따라 적용하는 공기의 온도와 습도를 구체적으로 명시하는 것이 일반적 관례입니다.   공기압축기, 건조기, 냉각탑, 보온장치, 냉난방 등에서는 공기중의 수분함량에 따라 용량이 크게 달라지기 때문입니다.

**엔지니어링의 기본철학은 "합리적" 투자에 바탕을 두고 있지 Client에게 "과다"투자를 하도록 하거나 (계약금액내에서)Contractor에게 "바가지"를 씌우는 것에 있지 않습니다.**

Client가 제공한 설계기준서에 100%RH를 적용하라고 했다면 그때의 공기의 온도를 명시해 달라고 하세요.

(3) 두번째 질문의 답:
Air Compressor나 건조기 에 적용하는 상대습도를 100%RH로 해달라고 하는 것은 하계절 최고 습도를 고려해 달라는 의미이며 이 때의 공기의 온도는 55℃가 아니고 우리나라라면 아마 28~38도 범위의 어느 온도일 때의 습도 100%RH를 의미할 것입니다. 다시 확인해 보도록 하세요.

같은 절대습도라고 해도 온도가 올라가면 상대습도는 낮아집니다.  예를 들어,

55도에서 100%RH일 때의 습도, kg-Water/kg-Dry Air = (55도의 수증기 증기압)/(대기압-55도의 수증기증기압)*(18.02/28.8) = (118 mmHg)/(760mmHg-118 mmHg)*(18.02kg-H2O/28.8kg-Dry Air) = 0.115 kg-Water/kg-Dry Air......(3)

55℃에서 15%RH일 때의 습도 = 0.115 kg-Water/kg-Dry Air * (0.15) = 0.0173 kg-Water/kg-Dry Air 
55℃에서 15%RH일 때의 공기중 수증기 분압 = 118 mmHg * (0.15) = 17.7 mm Hg

이는 대기온도 20.5℃에서 수증기 증기압에 해당하는 압력입니다.  (1)에서 설명한 바와 같이 이는 20.5℃에서 물의 증기압과 같은 수증기 분압이 존재한다면 대기온도 20.5℃에서 100%RH의 상대습도가 되지요.

정리하면.. 
55℃에서 15%RH일 때의 습도 = 20.5℃에서 100%RH 일때의 습도 = 0.0173 kg-Water/kg-Dry Air

상마니 o5401oh

10-01-08 13:37

답변 감사합니다.

추가적인 질문이 있는데 왜 air의 경우에는 compressor나 air dryer의 상대습도를 100%로 적어야 하는지 잘 모르겠습니다.

이것은 모 대기업의 지침서에 따른 것인데. 이유를 잘 모르겠습니다.

Stefano

10-01-09 00:23

(1) 앞선 답글에 이에 대한 내용이 언급된 셈인데 다시 보충설명을 합니다.

Air Compressor의 경우 대기를 흡입하여 압축, 냉각하여 압축공기를 공급해야 하는데
(i) 수분이 많으면 압축 후 냉각될 때 제거되는 수분이 차지하는 (불필요한)부피로 인하여 수분함량이 많으면 공기의 양이 상대적으로 줄어드는 것이 하나의 이유이고
(ii)압축기 중간단 혹은 최종단에서 압축공기를 냉각기를 사용하여 하는데 공기가 냉각되면서 수분이 응축되어 제거됩니다. 따라서 냉각공기중의 수분함량이 많으면 많은 응축열을 제거하기 위해서 냉각부하가 크게 늘어나고 이를 위한 냉각기의 전열면적이 커져야 하기 때문입니다.

결국 수분함량이 늘어나면 압축기와 (공냉식 혹은 수냉식)냉각기의 크기가 각각 커져야 하기 때문입니다. 공기온도가 정해진 상태라고 하면 100%RH일 때의 수분함량이 Maximum 습도가 됩니다. Dryer의 경우에도 수분이 많다면 Dryer의 크기가 커질 수 있기 때문입니다. (참고로.. 압축기 후단의 응축기에서 응축수를 제거하고 난 후 Dryer에 들어가는 경우라고하면 Dryer 입구의 수분은 대기중 수분100%RH 여부에 관련없이 고압에서 포화되어 있는 경우가 대부분입니다. 그러나 대기를 흡입하여 건조기를 거치는 특수한 경우라고 한다면 습도는 Dryer의 크기결정에 가장 큰 요소가 됩니다.)

그렇다고 해서 하계절 최고 온도보다도 높은 온도에서 100%로 취하지는 않습니다. 때양이 쨍쨍 내리쬐고 있을 때에는 공기온도는 높지만 습도는 100%되지 않는 경우가 대부분이고 또 비가내릴 때에는 습도가 100%RH에 가깝지만 공기온도가 그리 높지 않기 때문에 적당한 (이과정이 설계기준을 정하는 사람에게 부담을 주는 일이지만) 타협과정을 거쳐 설계기준을 정하게 된 것이지요.

(2) 이전 답글에서 언급했지만.. 55도에서 100%RH인지 아니면 다른 온도에서 100%인지 반드시 확인해 보도록 하세요. 대기업의 지침서라고 해도 필자가 이미 설명한 Engineering Pilosophy의 내용을 모르고 무심코 정해두었을 경우가 많습니다.

이런 경우가 많기 때문에 똘똘한 (아니며 자상한) 회사의 지침서의 경우에는 보온과 냉난방을 위한 대기온도와 습도, 압축기를 위한 대기온도와 습도, 건조기를 위한 대기온도와 습도를 각각 별도로 설계기준으로 정해두는 것이지요.

(1) 앞선 답글에 이에 대한 내용이 언급된 셈인데 다시 보충설명을 합니다.

Air Compressor의 경우 대기를 흡입하여 압축, 냉각하여 압축공기를 공급해야 하는데 
(i) 수분이 많으면 압축 후 냉각될 때 제거되는 수분이 차지하는 (불필요한)부피로 인하여 수분함량이 많으면 공기의 양이 상대적으로 줄어드는 것이 하나의 이유이고 
(ii)압축기 중간단 혹은 최종단에서 압축공기를 냉각기를 사용하여 하는데 공기가 냉각되면서 수분이 응축되어 제거됩니다.  따라서 냉각공기중의 수분함량이 많으면 많은 응축열을 제거하기 위해서 냉각부하가 크게 늘어나고 이를 위한 냉각기의 전열면적이 커져야 하기 때문입니다. 
  
결국 수분함량이 늘어나면 압축기와 (공냉식 혹은 수냉식)냉각기의 크기가 각각 커져야 하기 때문입니다.  공기온도가 정해진 상태라고 하면 100%RH일 때의 수분함량이 Maximum 습도가 됩니다.  Dryer의 경우에도 수분이 많다면 Dryer의 크기가 커질 수 있기 때문입니다.  (참고로.. 압축기 후단의 응축기에서 응축수를 제거하고 난 후 Dryer에 들어가는 경우라고하면 Dryer 입구의 수분은 대기중 수분100%RH 여부에 관련없이 고압에서 포화되어 있는 경우가 대부분입니다.  그러나 대기를 흡입하여 건조기를 거치는 특수한 경우라고 한다면 습도는 Dryer의 크기결정에 가장 큰 요소가 됩니다.)

그렇다고 해서 하계절 최고 온도보다도 높은 온도에서 100%로 취하지는 않습니다.  때양이 쨍쨍 내리쬐고 있을 때에는 공기온도는 높지만 습도는 100%되지 않는 경우가 대부분이고 또 비가내릴 때에는 습도가 100%RH에 가깝지만 공기온도가 그리 높지 않기 때문에 적당한 (이과정이 설계기준을 정하는 사람에게 부담을 주는 일이지만) 타협과정을 거쳐 설계기준을 정하게 된 것이지요.

(2) 이전 답글에서 언급했지만.. 55도에서 100%RH인지 아니면 다른 온도에서 100%인지 반드시 확인해 보도록 하세요.  대기업의 지침서라고 해도 필자가 이미 설명한 Engineering Pilosophy의 내용을 모르고 무심코 정해두었을 경우가 많습니다.

이런 경우가 많기 때문에 똘똘한 (아니며 자상한) 회사의 지침서의 경우에는 보온과 냉난방을 위한 대기온도와 습도, 압축기를 위한 대기온도와 습도,  건조기를 위한 대기온도와 습도를 각각 별도로 설계기준으로 정해두는 것이지요.

상마니 o5401oh

10-01-11 18:45

이제 완전히 이해가 가네요~~이번주 meeting에 가서 위의 사항을 confirm 해야 겠네요~
감사합니다.